Mikromanipulatoren arbeiten in sehr kleinen Dimensionen. Als Zusatzinstrumente für Mikroskope bei mechanischen Eingriffen bewegen sie sich im Bereich von Mikrometern oder darunter, wie beispielsweise in Zellen, Bakterien oder Kolloidteilchen. Ihr spezielles Einsatzgebiet: die Mikroskopie in Chemie, Medizintechnik, Gen-Technik und Halbleiterentwicklung. Mit ihrem Anspruch auf höchste Präzision empfiehlt sich die Miniaturbalgkupplung als perfekter Partner für Mikromanipulatoren.

Mit Hilfe von Zusatzinstrumenten wie feinsten Mikrokapillaren, Nadeln, Elektroden und anderen Instrumenten ermöglicht der Mikromanipulator äußerst präzise Eingriffe. Die für den Mikrometerbereich viel zu groben Bewegungen der menschlichen Hand verwandeln sich auf diese Weise zu sehr feinen Bewegungen der benutzten Instrumente, die sich mechanisch, hydraulisch oder elektronisch und typischerweise in allen drei Dimensionen des Raumes steuern lassen.

Hilfreich ist das beispielsweise in der Mikrochirugie, wo unter optischer Kontrolle mit dem Mikroskop Operationen an Geweben und Zellen von Lebewesen vorgenommen werden. Für viele Zeitraffer- oder multidimensionale Experimente markiert die Zellmanipulation den Ausgangspunkt für die nachfolgende Analyse. In der Reproduktionsmedizin wird die Mikroinjektion von DNA, Stammzellen oder Spermatozoen in Eizellen oder Blastozysten genutzt, um transgene oder geklonte Organismen zu erzeugen oder im Rahmen der künstlichen Befruchtung, z.B. In-Vitro-Fertilisation (IVF), Eizellen zu befruchten. In der CRISPR/Cas9-Technik wird sie eingesetzt, um transgene Tiere zu produzieren. Auch in der Mikroelektronik werden Mikromanipulatoren angewendet: Hier dienen sie an integrierten Schaltkreisen zum Beispiel zum Positionieren der Messelektrode in der Patch-Clamp-Technik, einer Messmethode in der Elektrophysiologie.

Höchste Präzision mit Miniaturbalgkupplungen

Die Technologien in solchen Industrien entwickeln sich rasant weiter. Innovation und Kreativität sind gefragt, um die veränderten Ansprüchen anzupassen. Christopher Monka, Vertrieb R+W Antriebselemente, erklärt: „Durch den Trend zur Miniaturisierung in Branchen wie der Labor- Medizintechnik, dem feinmechanischen Apparatebau oder bei Mikrodosierpumpen, fällt der Miniaturbalgkupplung eine entscheidende Rolle in diesen Wachstumsmärkten zu.“ Sie ist der perfekte Partner für die Übertragung von Drehmomentbereichen ab 0,05 Newtonmeter und wenn ein Bohrungsdurchmesser ab einem Millimeter erzielt werden soll.

Eine sichere Lösung

Wie bei jeder Metallbalgkupplung ist auch bei der Miniaturbalgkupplung der Metallbalg gleichzeitig zentrales Bestandteil und Ausgleichselement. Christopher Monka erklärt: „Wie der Metallbalg dimensioniert ist, hängt davon ab, welche Anforderungen die Anwendung in der Praxis fordert, welches Drehmoment übertragen wird und wie hoch der auszugleichende Versatz ist.“ Miniaturbalgkupplungen müssen maximale Steifigkeit in Rotationsrichtung beweisen und Rückstellkräfte, die beim Ausgleichen der Versätze entstehen, so gering wie möglich halten. Beides schafft die Miniaturbalgkupplung von R+W mühelos. Der torsionssteife Metallbalg überträgt das Drehmoment hochpräzise und gleicht radiale und axiale Versätze sowie den Winkelversatz sicher aus. Das ist wichtig innerhalb des gesamten Antriebsstranges, um Schäden an den nachfolgenden Bauteilen zu vermeiden und eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Case: Miniaturbalgkupplung in der Neurowissenschaft

Für einen führenden Hersteller von Forschungsgeräten liefert der Kupplungsspezialist R+W Antriebselemente aus Wörth am Main seit 30 Jahren die passende Kupplungslösung: eine Miniaturbalgkupplung. Der Kunde entwickelt und fertig seit Jahrzehnten Manipulatoren, die in Positionierungssystemen für Elektrophysiologie, Injektions- und Badkammern zum Einsatz kommen. Relativ neu in der Produktlinie sind die sogenannten Neuropixel-Sonden. Das sind Geräte, die in der neurowissenschaftlichen Forschung ein elektrophysiologisches Verfahren ermöglichen, um die Aktivität von Hunderten von Neuronen aus vielen verschiedenen Gehirnregionen gleichzeitig aufzuzeichnen. (s. Kasten) „Das Besondere an der Ausführung der Miniaturbalgkupplung für diese Anwendungen ist ihre Direktanbindung der Spindel mit Feingewinde. Neben der maximalen Steifigkeit und absoluten Spielfreiheit ist dies ein weiterer Beitrag für den Gesamtbeitrag der Präzision.“

Individuelle Anwendungen dank flexiblem Sortiment

Die Baureihe der Metallbalgkupplungen eignet sich mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Anbindungsmöglichkeiten für viele Anwendungsfälle. „Es gibt sie mit radialen Klemmschrauben, geschlitzten und geteilten Klemmnaben, als Konusspannsatz oder als Modell mit Konusspreizdorn für Hohlwellenanbindungen. Für die besonders einfache Montage können wir steckbare, ebenfalls spielfreie Versionen anbieten, bei denen ein glasfaserverstärktes Kunststoff-Konusstecksegment die Spiel- und Wartungsfreiheit sowie die elektrische und thermische Isolation sicherstellt. Die steckbaren Ausführungen zeichnen sich durch eine unkomplizierte und schnelle Montageverbindung aus. Der Endkunde spart viel Geld, indem er seine Rüstzeiten optimiert, denn es muss nicht die komplette Kupplung demontiert werden“, resümiert Christopher Monka. Für viele Applikationen ist die Standardausführung ausreichend, für besondere Anforderungen beispielsweise mit Vakuum oder Reinraum können Sonderlösungen z. B. mit Sondermaterial bezogen werden.

Neuropixel-Sonden: revolutionäres Verfahren

Neuropixel-Sonden gibt es noch nicht sehr lange. Das Revolutionäre an ihnen: Sie können die Aktivität von Hunderten von Neuronen aus vielen verschiedenen Gehirnregionen gleichzeitig aufzeichnen. Ihre Aufnahmeelektroden sind entlang ihrer Länge dicht gepackt, was es den Forschern leichter macht, die zellulären Quellen der Gehirnaktivität zu bestimmen. Schließlich verfügt jede der neuen Sonden über ein nahezu vollständiges Aufzeichnungssystem, wodurch Hardwaregröße und -kosten reduziert werden und Hunderte von Ausgangsdrähten entfallen.